Электропривод ротора фильтрующей подвесной центрифуги

 

 

 

Центрифугу изготавливают из углеродистой стали и чугуна. Основными узлами центрифуги являются ротор 14, привод 11, кожух 13 с крышкой 12, тормоз 9 и металлоконструкция 3.

Центрифуга устанавливается на металлоконструкции, состоящей из двух опорных стоек и двух продольных балок-швеллеров №24, соединенных  болтами в верхней части стоек. Центрифуга приводится во вращение вертикальным двигателем 7, который рассчитан на непрерывную работу центрифуги при загрузке ее 450 кг.

Электродвигатель рассчитан на работу при температуре окружающей среды до +90°С и относительной влажности 95%. Механический тормоз 9 в центрифуге кроме аварийного торможения осуществляет дотормаживание центрифуги после основного электрического рекуперативного торможения электродвигателя.

Электродвигатель соединен с валом  центрифуги 4 посредством эластичной резиновой муфты 8; вал закреплен в приводе на шарнирной опоре. Между корпусом привода 6 и корпусом подшипников 5 установлен резиновый амортизатор 10, который при неуравновешенности вращающейся массы (особенно во время загрузки) значительно облегчает условия работы подшипников качения и вала, принимая на себя удары и колебания. Вращающийся вал может отклоняться от вертикального положения вследствие деформации резинового амортизатора, что приводит к самоуравновешиванию вращающихся масс.

Ротор центрифуги – цилиндрический, с перфорированной обечайкой, подвешен на нижнем конце вала и выложен  внутри подкладным и фильтрующим  ситами. Загрузка производится с помощью  специального лотка 1, закрепленного на кожухе и входящего внутрь ротора. Механизированная выгрузка осадка из ротора (механизм среза 2) осуществляется с помощью ножа специальной конструкции, закрепленного на крышке кожуха.

 

 

Рассмотрим устройство основных узлов  центрифуги более подробно.

Ротор подвесной центрифуги изготавливают  сварным из углеродистой стали. Высокие   требования  предъявляют к качеству и контролю сварки. Сварку ротора должны производить только дипломированные сварщики.

Обечайка  фильтрующего ротора обычно перфорируется  отверстиями, расположенными в шахматном  или коридорном порядке.

Ротор подвесной центрифуги (рис. 1.2) состоит из обечайки 2, верхнего днища 3, розетки 6 и нижнего днища 1. Розетка состоит из ступицы 5, обода 7 и спиц 4, через проемы которых производится разгрузка ротора.

Все фильтрующие роторы комплектуют  фильтрующей основой, состоящей  из подкладного дренажного сита и  фильтрующей сетки. Применяют металлические  сетки саржевого плетения и сетки  из тонколистовой латуни со штампованными  отверстиями прямоугольного или  круглого сечений.

Привод  подвесной центрифуги (рис. 1.3) является шарнирной опорой вала и предназначен для передачи ротору вращения от электродвигателя через эластичную соединительную муфту. Муфта закреплена на тормозном шкиве и соединена с валом двигателя с помощью шлицевых втулок.

Основные детали привода – корпус 12, тормозной шкив 14, эластичная

резиновая муфта 15, ленточный тормоз 18. Корпус подшипников 6 опирается верхней шаровой поверхностью в гнезде корпуса привода и зафиксирован от кругового вращения специальным болтом 11. Алюминиевая коробка 4 для масла закреплена на валу 22 и вращается вместе с ним. Кроме того, имеются заборная трубка 5, подающая масло на подшипники, защитный кожух 1, манометр 7 для контроля давления масла, масленки 20 и 21, предназначенные

 

 

соответственно  для смазки шаровой поверхности  и заливки масла в алюминиевую  коробку.

В корпусе подшипников расположен вал, подвешенный на двух радиальных и одном упорном подшипниках  качения. Со стороны тормозного шкива  корпус закрыт крышкой 13. Смазка подшипников – жидкая, с местной

циркуляцией в результате скоростного напора масла, создаваемого в заборной трубке, закрепленной в нижней части корпуса  подшипника. Циркуляция  масла    контролируется  манометром   (избыточное  давление должно быть не менее 0,01 МПа).

Центрифуга укомплектована механизмом среза с ручным управлением 

(рис. 1.4). Основной его деталью является  нож 12, закрепленный на нижнем цилиндрическом конце штанги 10, совершающей возвратно-поступательное движение во втулке корпуса 8. Корпус через ось 2 соединен с кронштейном 1, жестко установленным на кожухе. Поворот корпуса вокруг оси осуществляется маховиком 6 через валик 5 и шестерню 4, которая заходит в зацепление с зубчатым сектором 3. Нож в нерабочем положении (выведенный из ротора) фиксируют в специальном секторе 9 с помощью имеющегося на штанге зуба. Только при выведенном из ротора и зафиксированном ноже возможен пуск двигателя.

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ РОТОРА

 

Центрифугированием или фугованием называется разделение неоднородных систем при помощи центробежных сил.

Центрифугирование технических суспензий  и шлаков производится двумя методами. По первому их разделение осуществляется благодаря использованию объемных сил дисперсной фазы, по второму  – объемных сил дисперсной среды  и частично дисперсной фазы. В первом случае центрифугирование выполняется  в роторах имеющих сплошную стенку, во втором – перфорированную.

Разделение в сплошных роторах  можно сравнить с отстаиванием в  поле тяжести, хотя особенности центробежного  поля и обуславливают разницу  в протекании этих процессов.

Центрифугирование в перфорированных  роторах является своеобразным процессом, отдельные элементы которого сходны с процессами фильтрации, прессования  шлаков и т.д.

Основным показателем работы центрифуги является индекс производительности, характеризующий относительную  разделяющую способность центрифуги. Его рассчитывают по формуле:

Σ = 2πr_рт LF_r,                            (2.1)

где L – длина ротора центрифуги периодического действия или цилиндрической части ротора шнековой центрифуги, м;

r_рт – радиус ротора, м;

F_r – фактор разделения на радиусе ротора r_рт.

 

 

 

 

 

Фактор  разделения – безразмерный параметр, определяющий, во сколько раз ускорение  центробежного поля, развиваемого в  центрифуге, больше ускорения свободного падения. Его находят из уравнения:

                                                                 

                                                         ,                                                         (2.2)

где ω_р – угловая скорость ротора, рад/с;

 g – ускорение свободного падения, м/с².

Значения r_рт и ω_р зависят от конструктивных особенностей центрифуги. С их увеличением фактор разделения растет. Максимальное значение его практически достигается увеличением угловой скорости (при вынужденном уменьшении радиуса ротора).

Центрифугирование суспензий и  шлаков в перфорированных роторах  называется центробежной фильтрацией. В общем случае оно состоит  из следующих трех процессов, протекающих  в результате воздействия на обрабатываемый продукт центробежных сил инерции:

1. фильтрации с образованием осадка, т.е. отделения частиц, взвешенных в жидкости, при прохождении последней через проницаемую стенку ротора центрифуги;
2. отжима жидкости из образовавшегося осадка;
3. удаления из осадка жидкости, удерживаемой молекулярными силами.

Центробежная фильтрация с образованием осадка протекает подобно обычной  фильтрации. Вслед за этим процессом  происходит отжим жидкости из осадка, сопровождающийся уплотнением последнего. Затем следует удаление жидкости, удерживаемой в местах соприкосновения  частиц и на их поверхности.

Процесс, состоящий из отжима и  отделения пленочной и капиллярной  жидкости, называется центробежным отжимом. Примерами этого процесса являются центрифугирование сахарного утфеля и сульфата аммония.

Подвесные центрифуги с верхним  приводом являются машинами периодического действия. Процесс центрифугирования  в них обычно происходит следующим  образом. Ротор центрифуги на ходу при  неполной или полной скорости вращения загружается материалом, подлежащим обработке. Если загрузка произведена при неполном вращении ротора, то после ее окончания скорость ротора доводят до максимальной. При центрифугировании   в перфорированных роторах твердая  фаза  к  концу

процесса  содержит минимальное количество отделяемой жидкости, которая удерживается на поверхности частиц твердой фазы и в местах их соприкосновения. Чтобы  избавиться от остатков жидкой фазы, осадок промывают другой жидкостью (иногда несколькими).

Под действием центробежного поля промывная жидкость удаляется, и  содержание ее с течением времени  становится минимальным. Выгрузка с  помощью механических ножей осуществляется при вращении ротора с небольшой  скоростью.

Рабочий цикл центрифуги характеризуется  тахограммой работы привода ротора (см. ТЗ, рис.1).

Электрооборудование центрифуг обычно работает в условиях химически агрессивной, невзрывоопасной среды с повышенной относительной влажностью воздуха (до 95%) при температуре до +40 С. В этом случае, при нарушении естественного охлаждения, исполнение электродвигателей должно быть не менее IP44 или необходимо продуваемое исполнение с подводом чистого воздуха. Наибольшую мощность электродвигателей имеют центрифуги периодического действия, применяемые в производстве сахара. Поэтому перегрузочная способность двигателя должна быть достаточной для устойчивой работы электропривода в периоды максимальной нагрузки. Кроме того, аппаратура, установленная на самих центрифугах, должна работать в условиях значительных вибраций и тряски.

 

Основные требования к электроприводу таких центрифуг: обеспечить оптимальные  динамические режимы при постоянных ускорении и замедлении центрифуги и стабилизировать ее частоты  вращения при загрузке, выгрузке и  фуговке.

Если учесть большие моменты  инерции центрифуг, то вопрос применения экономичного электропривода, обеспечивающего  рекуперацию энергии в сеть при  торможении, здесь занимает важное место.

Электропривод   ротора    центрифуги   также   должен   обеспечивать возможность плавного регулирования скорости от "ползучей" скорости равной 10 об/мин, до максимальной, равной 2000 об/мин. Питание электропривода осуществляется от цеховой сети переменного тока с напряжением 380 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

Выбор системы электропривода для  центрифуги зависит, в основном, от технологического процесса. При этом необходимо учитывать следующие  факторы: частоту процессов реверса, требуемое быстродействие, капитальные  и эксплуатационные затраты, КПД, сложность  и надежность электропривода и др.

Для центрифуг с частым реверсом наиболее подходит быстродействующий  реверсивный электропривод постоянного  тока по системе ТП–Д. Следует иметь  в виду, что на быстродействие электропривода в целом оказывают влияние  инерционности всех его элементов. Наибольшее влияние на время переходного  процесса оказывает электромеханическая  постоянная времени. Если она мала, то целесообразно осуществлять реверс по цепи якоря, что позволяет заметно  сократить общее время переходного  процесса. Если же она соизмерима с  постоянной времени цепи возбуждения  двигателя, имеет смысл использовать более экономичный привод с реверсом по цепи возбуждения. Электроприводы с  управлением по цепи возбуждения  двигателя, очевидно, менее дороги, поскольку функции регулирования  в основном сосредоточены в маломощной цепи возбуждения.

Приводы с рекуперативным торможением  имеют высокий КПД (порядка 90%). Однако следует иметь в виду, что реверсивные  преобразователи с совместным управлением  вентильными группами имеют меньший  КПД из-за потерь энергии от уравнительного тока.

Для регулируемого привода центрифуги может быть применен и электропривод  переменного тока по системе ПЧ–АД  либо электропривод с вентильным   двигателем.    По    технико-экономическим    показателям    и

 

 

эксплуатационным  характеристикам приводы этих типов  могут оказаться предпочтительнее электроприводов постоянного тока.

В промышленности широкое распространение  получили двигатели постоянного  тока‚ что объясняется все  возрастающим применением различных  статических выпрямителей‚ обеспечивающих промышленные установки энергией постоянного  тока. Применение двигателей постоянного  тока, несмотря на их более высокую  стоимость, сложность эксплуатации по сравнению с асинхронными, объясняется  в первую очередь простыми и надежными  способами регулирования частоты  вращения‚ большими пусковыми моментами  и перегрузочной способностью‚  чем у двигателей переменного  тока. Наибольшее распространение двигатели  постоянного тока получили в приводах‚  требующих глубокого регулирования  частоты вращения.